第42卷第1期2019年2月电子器件
Chinese Journal of Electron Devices Vol.42 No.1Feb.2019
项目来源:国家自然科学基金项目(61674030,61604038);江苏省自然科学基金项目(BK20160691)
收稿日期:2018-01-20 修改日期:2018-03-25
Investigation on the Model of Fusing Current for
DBC Surface Coating Copper ?
SONG Haiyang 1,LIU Siyang 1,WEI Jiaxing 1,SUN Weifeng 1?,ZHU Jiutao 2
(1.National ASIC System Engineering Technology Research Center ,Southeast University ,Nanjing 210096,China ;2.Wuxi NCE Power Co.,Ltd.,Wuxi Jiangsu 214131,China )
Abstract :In order to optimize the dimension design for surface coating copper of Direct Bonded Copper (DBC)ceramic substrate,and to evaluate the limit current of it,with the help of finite elements simulation analysis method,the variations of current heating the surface bonding coppers of DBC with different dimensions to the fusion point are investigated to build the model of fusing current for DBC surface coating copper.Furthermore,the fusing currents of three different surface bonding copper of DBC are obtained by measurements and are compared with the calculated values of theoretical model.The results show that the error between the theoretical model and the measured result is within 2%.Therefore,the accuracy and the validity of the fusing current mode are verified.Key words :power module;fusing current model;FEM;DBC ceramic substrate EEACC :2570 doi :10.3969/j.issn.1005-9490.2019.01.004
DBC 陶瓷基板表面覆铜的熔断电流模型研究
?
宋海洋1,刘斯扬1,魏家行1,孙伟锋1?,朱久桃2(1.东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心,南京210096;2.无锡新洁能股份有限公司,江苏无锡214131)摘 要:为了优化设计直接覆铜(Direct Bonded Copper,DBC)陶瓷基板的表面覆铜层尺寸,并评估覆铜层的极限电流能力,利用有限元仿真分析方法,研究了不同尺寸的DBC 陶瓷基板表面覆铜达到熔点时的电流变化,建立了DBC 陶瓷基板表面覆铜的熔断电流模型三通过实际测试得到了3组不同DBC 陶瓷基板表面覆铜的熔断电流,并与理论模型的计算值相比较三结果表明,理论模型与实测结果之间的误差在2%之内,模型求解的准确性和实用性得到了验证三
关键词:功率模块;熔断电流模型;FEM;DBC 陶瓷基板
中图分类号:TB482.2 文献标识码:A 文章编号:1005-9490(2019)01-0014-05
随着电子行业的发展,新型电力电子器件采用模块化封装,而其中直接覆铜陶瓷基板DBC (Direct
Bonded Copper)起着重要作用三直接覆铜陶瓷基板是将高导电无氧铜在高温下直接键合到陶瓷表面形
成的一种复合金属陶瓷基板,它既具有陶瓷的高导热
性二高电绝缘性二高机械强度及低膨胀等特性,又具有
无氧铜金属的高导电性和优异的焊接性能,并能像
PCB 线路板一样刻蚀出各种图形,是功率模块封装中连接芯片与散热衬底的关键材料[1],已广泛应用于混合动力模块二激光二极管和聚焦型光伏封装,在高频
应用方面也体现出巨大的应用价值[2-5]三随着功率模块电压等级的提升和功率密度的增大,DBC 覆铜的
发热量也越来越高三当上表面覆铜的温度逐渐升高时,将引起一系列问题:例如焊料溢出二空洞增多二局部过热甚至直接导致模块内部断路[6-7]三另外,为节约上表面覆铜面积以及铜材料,覆铜的形状可能要受到芯片大小和模块体积的限制,因此有必要在满足极限电流的条件下筛选出最优形状以优化设计,进而节省成本三DBC 覆铜的热设计是模块封装结构设计中非常重要的环节,需要引起相应关注三1 有限元建模与分析本文借助ANSYS 有限元分析软件对DBC 陶瓷基板进行三维建模和温度场模拟分析,有限元分析法求解是对真实情况的数值近似,其基本求解思想是把计算区域划分为有限多个互不重叠的单元,在每个单万方数据